晶闸管控制异步电机振荡现象研究(适合电气B方向)文献综述

 2021-09-25 08:09

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自从1820年Faraday发明首台直流电机以来,电机就广泛应用于现代工业的生产建设,如钢铁厂、发电厂及各种制造加工厂等。而且工业中大部分电机都是采用结构简单,坚固耐用且价格低廉的感应电机。三相感应电机是Tesla在1887年左右首先发现的。虽然制作感应电机的材料和方法都己经发生了天翻地覆的变化,但是其电磁转换的基本原理一百多年来依然不变。

异步电机在生产中是使用最多的电动机,仅它的用电量就占全国总用电觉的三分之二以上。因此,对于异步电机的研究具有重大意义,值得深思的是,在经过一个多世纪的研究和探索,时至如今对于感应电机的研究和发明仍然层出不穷。一个完整的现代感应电机调速系统不仅包括电机、还有功率电子电路和各种机械/电子传感器和能够执行各种控制算法的微处理器等组成。虽然电力电子技术、数字电子电路和永磁材料的发明都促进了感应电机系统的发展。虽然对于异步电机研究来说主要有两个方面,一是改进异步电动机的结构,提高材料的利用率,改善其性能;二是合理地选择异步电动机的控制系统。但是,毫不夸张的说,只有对感应电机的高性能实时控制才是感应电机系统进一步发展的主要方面。

目前在工矿企业中使用着大量的异步电机,其中大部分使用直接启动的方式,直接启动就是最简单的启动方式,启动时通过闸刀或接触器将电动机直接接到电网上。虽然直接启动具有设备简单,起动速度快等优点,但由于异步电机直接启动时的冲击电流很大,特别是大容量的异步电机直接启动会对电网及其他负载造成干扰甚至危害电网的安全运行。同时过大的冲击转矩往往造成电动机转子笼条、端环断裂和定子端部绝缘绕组磨损,导致击穿烧机,造成设备的有害跳闸。同时过大的启动电流会使电机绕组发热,从而加速绝缘老化,影响电机寿命等危害。因此,只有直接启动远远不能满足对于异步电机的使用要求,所以按不同工况,由于多种降压启动方式:早期有串联电抗或电阻、串联自耦变压器、星一三角转换等,但这些软起动器都有体积大、造价高、寿命短的缺点;从20世纪70年代开始推广利用晶闸管交流调压技术制作的软起动器,它具有体积小、工作稳定、电压连续可调等特点,有逐渐取代传统软起动器的趋势。以后又把功率因数控制技术结合进去,以及采用微电脑代替模拟控制电路,发展成智能化软起动器。

所谓软启动就是运用串接于电源与被控电机之间的软起动器,控制其内部晶闸管的导通角,使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升,直至起动结束,赋予电机全电压,即为软起动,在软起动过程中,电机起动转矩逐渐增加,转速也逐渐增加。软起动一般有下面几种起动方式。(1)斜坡升压软起动:这种起动方式最简单,不具备电流闭环控制,仅调整晶闸管导通角,使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是,由于不限流,在电机起动过程中,有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏,对电网影响较大,实际很少应用。(2)斜坡恒流软起动:这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加,当电流达到预先所设定的值后保持恒定,直至起动完毕。起动过程中,电流上升变化的速度是可以根据电动机负载调整设定。电流上升速率大,则起动转矩大,起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式,尤其适用于风机、泵类负载起动。(3)阶跃起动:开机,即以最短时间,使起动电流迅速达到设定值,即为阶跃起动。通过调节起动电流设定值,可以达到快速起动效果。(4)脉冲冲击起动:在起动开始阶段,让晶闸管在极短时间内,以较大电流导通一段时间后回落,再按原设定值线性上升,连入恒流起动。该起动方式,在一般负载中较少应用,适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合

晶闸管控制系统可以根据异步电机运行情况的需求,自动调整入端电压及电流的大小,既满足异步电机在空载、轻载及额定负载正常运行,又达到空载、轻载时异步电机消耗的最低能量,从而节约了电能。异步电动机的晶闸管软起动通过控制晶闸管触发角的大小,可使电动机的端电压按照设定的规律进行变化,将起动电流限制在某一设定值下,因而软起动控制得到了广泛的应用。然而晶闸管控制的异步电动机在起动过程中常会出现电流、电磁转矩以及转速的振荡,会产生谐波,严重时电机会出现制动力矩,造成机体振动。对负载产生不必要的冲击,对电网产生不利的影响。由于电机是一个时变、强耦合的非线性系统,再加上晶闸管的半控特性,使得系统的分析比较困难。至于振荡产生的原因,有的文献提出是由于电流谐波所致;有的文献指出振荡的产生与电机负载以及晶闸管触发角有关。

如今,异步电机的软启动作为异步电机一种常见的启动方式,所以对于晶闸管控制异步电机振荡现象的研究就显得尤为重要。本片论文便着重于对晶闸管控制的异步电机的振荡现象进行研究,包括对晶闸管控制异步电机的控制策略和系统设计方法进行研究,了解晶闸管控制异步电机的驱动系统。同时也包括也对电机启动过程中产生的振荡进行研究,了解其机理。

参考文献:

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[3]孙津济,房建成,王建民.异步电动机软起动过程中的振荡[J].电工技术学报,2007,22(2):19-2

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